כיצד להשיג-סובלנות דיוק גבוהה באמצעות עיבוד שלאחר-?

一, עקרון טכני: מנגנון תיקון סובלנות שעובד עם שדות פיזיים שונים כדי לעבוד יחד.
טכנולוגיית שלאחר-עיבוד משתמשת בהשפעות המשולבות של שדות מכניים, כימיים, תרמודינמיים ופיזיקליים אחרים כדי לשנות את המיקרו-מבנה ולשפר את הביצועים של חלקים שעברו עיבוד. ישנן שלוש קבוצות עיקריות של עקרונות המפתח שלה:
תיקון הפחתת מתח מכני
כאשר אתה מכין חלקי מתכת, הם ייצרו לחץ שיורי, מה שיגרום להם לשנות צורה. לדוגמה, בעקבות התכת לייזר, המתח הפנימי של חלקי סגסוגת טיטניום המיוצרים בהדפסה תלת-ממדית עשוי להיות גבוה עד 200 עד 300 MPa. סטיית הסובלנות יכולה להיות יותר מ-0.05 מ"מ אם לא מתבצעת הפחתת מתח. על ידי הפעלת רטט בתדר מסוים (בדרך כלל בין 15 ל-100 הרץ), טכנולוגיית הזדקנות הרטט מסדרת מחדש את הגרגרים המיקרוסקופיים ומאיצה את קצב שחרור המתח ליותר מ-85%. יצרנית תעופה וחלל גרמנית השתמשה בשיטה זו, ושיעור ההסמכה לחלקי לוויין עלה מ-85% ל-95%. טווח תנודות הסובלנות נחתך גם הוא ל-±0.003 מ"מ.
תיקון סלקטיבי של פירוק כימי
על ידי התאמת קצב הפירוק האנודי, טכניקת ליטוש אלקטרוליטי הופכת את המורפולוגיה המיקרו-גיאומטרית של פני השטח לאחידה יותר. לדוגמה, טיפול בחלל הפנימי של נירוסטה 316L באלקטרוליט מעורב של חומצה זרחתית וחומצה גופרתית במתח של 15V למשך 3 דקות יכול להוריד את חספוס פני השטח מ-Ra2.5 מיקרומטר ל-Ra0.4 מיקרומטר ולתקן את סטיית הסובלנות מ-± 0.02 מ"מ ל-0.02 מ"מ ± 0.02 מ"מ. גישה זו עובדת בצורה הטובה ביותר על מבני חלל פנימיים מסובכים, כמו טיפול במיקרו חורים של מזרקי דלק לרכב, שיכולים להיפטר משאריות של כתמים מעיבוד שבבי ולוודא שהזרקת הדלק אחידה.
תיקון מעברי פאזה תרמודינמיים
טכניקת הטיפול בחום משנה את מבנה הגביש של החומר על ידי ניהול עקומת החימום והקירור, המקבעת סובלנות ממדי. לדוגמה, טיפול תרמי T6 (התיישנות של 540 מעלות + 175 מעלות) יכול לחתוך את מקדם ההתפשטות הליניארית של חלקי סגסוגת אלומיניום ב-12% ולשפר את יציבות הממדים שלהם ב-30%. הליך זה משמש יצרן מנועים אמריקאי לטיפול בדסקיות טורבינות. זה חותך את טווח תנודות הסובלנות מ-± 0.03 מ"מ ל-± 0.01 מ"מ ומאריך את חיי העייפות לפי 2.5 מהמקור.
2, יישום תהליך: תשובות מדויקות לכל מצב
1. עיבוד פריטי מתכת שהודפסו בתלת מימד
טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות מתכת כמו SLM ו-EBM עשויות ליצור מבנים מסובכים, אבל חספוס פני השטח הוא בדרך כלל Ra10-20 מיקרומטר, ויש בעיות כמו אבקה לא מתמזגת. כדי לווסת סובלנות לאחר עיבוד, אתה צריך לעשות שלושה דברים:
כדי להסיר את מבנה התמיכה, השתמש בחיתוך סילון מים או בעיבוד שבבי לפריקה חשמלית (EDM). זה ישמור על שינוי הצורה בגלל הידוק מכני. לדוגמה, GE Aviation משתמשת ב-EDM כדי להסיר במדויק תומכים ולשמור על שגיאות סובלנות בטווח של ± 0.008 מ"מ בעת ייצור חרירי דלק למנועי LEAP.
טיפול לצפיפות פני השטח: לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) משמשת על חומרים נקבוביים. לאחר 4 שעות של טיפול ב-1200 מעלות ו-150 MPa, הנקבוביות עשויה לרדת מ-5% ל-0.1%, וניתן לשמור על קצב ההתכווצות הממדית ב-0.3% עד 0.5%, מה שמבטיח דיוק בסובלנות.
ליטוש מדויק: באמצעות טכנולוגיית ליטוש זרימה שוחקת, ניתן להפחית את החספוס של החלל הפנימי מ-Ra12 מיקרומטר ל-Ra0.8 מיקרומטר על ידי טיפול בחומר שוחק סיליקון קרביד בלחץ של 0.5MPa למשך 10 דקות. תנודת הסובלנות חייבת להישאר מתחת ל-± 0.005 מ"מ.
2. לאחר עיבוד רכיבים בעיבוד CNC
למרות שעיבוד CNC יכול להיות מדויק מאוד, דברים כמו בלאי כלים ועיוות תרמי עדיין יכולים לגרום לשגיאות סובלנות. עיבוד שלאחר- חייב להיות משולב עם הטכנולוגיות הבאות:
פיצוי כלי חכם: חיישנים עוקבים אחר וריאציות בקוטר הכלי בזמן אמת ומתאים אוטומטית את מסלולי החיתוך. לדוגמה, מערכת ה-CNC של Fanuc יכולה לתקן באופן אוטומטי את ערכי הקואורדינטות כאשר הכלי מתבלה ב-0.03 מ"מ, ולוודא שסובלנות הצמצם נשארת ב-± 0.005 מ"מ.
טיפול בקירור-בטמפרטורה נמוכה: במהלך העיבוד, רססו חנקן נוזלי ב--40 מעלות ברציפות כדי למנוע שטמפרטורת היצירה תשתנה ביותר מ-2 מעלות. זה מונע מחומר העבודה להתרחב יותר מדי ולגרום לשינוי ממדי. שיעור אישורי הסובלנות של חלקים בעלי קירות דקים עלה מ-78% ל-95% לאחר שחברה יפנית המייצרת חלקים מדויקים השתמשה בשיטה זו.
כיול עם אינטרפרומטר לייזר: השתמש באינטרפרומטר לייזר על בסיס קבוע כדי לבדוק באיזו מידה ממוקמת כלי המכונה ולתקן תקלות גיאומטריות באמצעות אלגוריתמי פיצוי. לאחר כיול, למשל, הדיוק של המיקום המרחבי של מרכז עיבוד של חמישה-צירים עשוי לעבור מ-0.015 מ"מ/1000 מ"מ ל-0.005 מ"מ/1000 מ"מ.
3. לאחר טיפול בחלקי חומרים מרוכבים
לאחר העיבוד, חומרים מרוכבים (פלסטיקים כאלה המחוזקים בסיבי פחמן) עשויים להיות בעלי תקלות כמו דלמינציה וקוצצים. בקרת סובלנות חייבת להיעשות על ידי עיבוד שלאחר-.
ניקוי קולי: ניקוי באמצעות גלים קוליים בתדר של 40 קילו-הרץ למשך 10 דקות יכול להיפטר מיותר מ-90% משאריות העיבוד. זה מפסיק את הטבעת החלקיקים במהלך ההרכבה מלגרום לסטיית סובלנות.
ליטוש לייזר: שימוש בלייזר ננו-שניות (רוחב דופק 100ns) כדי לעבד את הקצוות במיקרו-, להוריד בין 0.001 ל-0.005 מ"מ של חומר, ולתקן את וריאציות הסובלנות מ-± 0.05 מ"מ ל-0.01 מ"מ ±.
טיפול בכבישה חמה בוואקום: כבישה חמה למשך 30 דקות ב-180 מעלות ו-5 MPa בוואקום יכולה להיפטר מריכוז הלחץ בחומר המרוכב ולהפוך אותו ליציב יותר ב-40% מבחינת גודל.
3, יישום בתעשייה: דוגמאות נפוצות במגזר הייצור הגבוה-
1. תחום התעופה והחלל
לאחר השימוש בטכנולוגיית SLM לייצור להבי המנוע של מטוס הבואינג 787 Dreamliner, נעשה שימוש בשלבי העיבוד הבאים- כדי לווסת את הסובלנות:
לטיפול HIP, חממו את החומר ל-1250 מעלות ו-170 MPa למשך 6 שעות כדי להיפטר מהנקבוביות הפנימיות ולשמור על קצב התכווצות הגודל של 0.4%.
ליטוש אלקטרוליטי: השתמש באלקטרוליט מבוסס-פוספט עם מתח של 12V למשך 5 דקות כדי להפוך את פני השטח לחלקים יותר, במעבר מ-Ra15 מיקרומטר ל-Ra0.2 מיקרומטר, ותקן את סטיית הסובלנות מ-±0.03 מ"מ ל-0.005 מ"מ ±.
מדידת לייזר: מכונת מדידה של שלוש-קואורדינטות (CMM) משמשת לבדיקת להבים בגודל מלא, ומבוצעת הנדסה לאחור כדי לתקן את מסלול העיבוד כך שהסובלנות תהיה נכונה.
2. בעסקי ייצור מכוניות
בייצור גופי שסתומי הילוכים היברידיים, טויוטה משתמשת בשיטות העיבוד הבאות-:
שחרור כתמים אלקטרוליטי: השתמש בצפיפות זרם של 10A/cm² באלקטרוליט NaCl למשך 2 דקות כדי להיפטר מכתמים בחורים הצולבים ולוודא שהמערכת ההידראולית אטומה.
ליטוש זרימה שוחקת: השתמש בחומר שוחק סיליקון קרביד 800 רשת בלחץ של 0.3MPa למשך 3 דקות כדי להפוך את החלל הפנימי לפחות מחוספס, במעבר מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.4 מיקרומטר, עם טווח סובלנות של פחות מ-0.008 מ"מ.
זיהוי מקוון: הוספת סורק לייזר לקו העיבוד כדי לפקוח עין על גודל הצמצם בזמן אמת, שינוי פרמטרי העיבוד על בסיס בקרת משוב והעלאת שיעור מעבר הסובלנות ל-99.2%.
3. תחום מכשור רפואי
שלבי העיבוד הבאים-מסייעים ל-Johnson&Johnson DePuy Synthes לייצר כוסות אצטבולאריות שהן תואמות ביולוגיות ומדויקות מבחינת סובלנות:
ליטוש אלקטרוליטי: הורידו את חספוס פני השטח של מצע Ti6Al4V מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.2 מיקרון והיפטר מהחלקיקים שלא התמזגו במהלך יציקת SLM.
חמצון מיקרו קשת: השתמש במתח של 300V באלקטרוליט סיליקט למשך 5 דקות כדי ליצור ציפוי תחמוצת בעובי של 20 מיקרומטר המכיל הידרוקסיאפטיט. זה הופך את חוזק החיבור של העצם לחזק ב-40% ושומר על סטיית הסובלנות בטווח של ± 0.005 מ"מ.
אריזה אספטית: חלקים מעוקרים עם אתילן אוקסיד כדי לוודא שהם עומדים בתקני ISO 13485 לפני שהם מרכיבים אותם. זה מונע מהזיהום לשנות את גודל החלקים.